JP2024060581A - 面発光レーザー装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】内部ストレスを減少させ、帯電防止性能を向上させる面発光レーザー装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１3及び電流制限構造体１４を含む。活性発光層は、第１の反射層と第２の反射層の間に位置し、レーザービームを生成するためである。電流制限構造体は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、面発光レーザー装置及びその製造方法に関するものであり、特に、垂直共振チャンバー面発光レーザー装置及びその製造方法に関する。
既存の垂直共振チャンバー面発光レーザーにおいては、通常、イオン注入または湿式酸化のプロセスを利用して、上部ブラッグ反射器内に高抵抗値の酸化層やイオン注入領域を形成し、電流の流れる領域を制限する。しかし、イオン注入や熱酸化のプロセスで電流制限の酸化層やイオン注入領域を形成することは、コストが高く、孔径サイズが容易に制御できない。
さらに、酸化層と上部ブラッグ反射器を形成する半導体材料との間には、格子不整合度及び熱膨張係数の違いが大きく、これにより、垂直共振チャンバー面発光レーザーがアニール後に内部ストレスで破壊し易く、製造歩留まりを低下させる原因となる。また、部品内部のストレスは、部品寿命を短縮させるとともに、光出力特性と信頼性も低下させる。一方、既存の垂直共振チャンバー面発光レーザーは、静電気放電（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＥＳＤ）やサージ（Ｓｕｒｇｅ）の影響により内部が損傷しやすい。
本発明が解決しようとする技術課題は、既存の技術における不足を補うために、面発光レーザー装置及びその製造方法を提供することであり、これにより面発光レーザー装置の内部ストレスを減少させ、かつ面発光レーザー装置の帯電防止性能を向上させる。
上述の技術課題を解決するために、本発明で採用される１つの技術方案として、面発光レーザー装置が提供される。面発光レーザー装置は、第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限構造体を含む。活性発光層は、第１の反射層と第２の反射層との間に位置し、レーザービームを生成する。電流制限構造体は、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する。
上述の技術課題を解決するために、本発明で採用される他の技術方案として、面発光レーザー装置が提供される。面発光レーザー装置は、第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限構造体を含む。活性発光層は第１の反射層と第２の反射層との間に位置し、レーザービームを生成する。電流制限構造体は、ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅ）を有する。
上述の技術課題を解決するために、本発明で採用されるさらに１つの技術方案として、面発光レーザー装置の製造方法が提供される。この製造方法は、第１の反射層を形成し、第１の反射層上に活性発光層を形成し、電流制限構造体を形成し、第２の反射層を形成する工程を含む。なかでも、電流制限構造体はバウンダリーホールを定義し、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する。
本発明の１つの有益な効果は、面発光レーザー装置およびその製造方法において、「電流制限構造体がＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する」または「電流制限構造体が、ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅ）を有する」という技術方案によって、面発光レーザー装置の信頼性、或いは面発光レーザー装置そのものの帯電防止性能が向上する。
本発明の特徴および技術内容をさらに理解するためには、以下の本発明に関する詳細な説明および添付図を参照してください。ただし、これらの説明および添付図は本発明の保護範囲を何ら限定するものではない。
本発明の第１の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。 図１のＩＩ部分の拡大模式図である。 本発明の他の実施形態の面発光レーザー装置の部分拡大模式図である。 本発明の第２の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。 本発明の第３の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。 本発明の第４の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。 図６のＶＩＩ部分の拡大模式図である。 本発明の他の実施形態の面発光レーザー装置の部分拡大模式図である。 本発明の第５の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ１０での模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ２０での模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ３０での模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ３０での模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ４０での模式図である。 本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ５０での模式図である。 本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ４０での模式図である。 本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ５０での模式図である。
［第１の実施形態］
図１及び図２に参照すると、本発明の実施形態は、面発光レーザー装置Ｚ１を提供する。本発明の実施形態において、面発光レーザー装置Ｚ１は垂直チャンバー面発光レーザー装置である。面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１３及び電流制限構造体１４を含む。具体的には、この実施形態において、面発光レーザー装置Ｚ１はまたベース１０を含む。第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１３及び電流制限構造体１４はすべてベース１０上に設置されており、活性発光層１２は第１の反射層１１と第２の反射層１３の間に位置している。
ベース１０は、絶縁ベースまたは半導体ベースであることができる。絶縁ベースは例えばサファイアであり、半導体ベースは例えばシリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、またはＩＩＩ－Ｖ族半導体である。ＩＩＩ－Ｖ族半導体は例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン酸塩（ＩｎＰ）、窒化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ， ＡＩＮ）、窒化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ， ＩｎＮ）または窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ， ＧａＮ）である。また、ベース１０はエピタキシャル面１０ａと、エピタキシャル面１０ａに対して逆の底面１０ｂを有する。
第１の反射層１１、活性発光層１２及び第２の反射層１３は、基板１０のエピタキシャル面１０ａ上に依序に位置している。本実施形態において、第１の反射層１１、活性発光層１２及び第２の反射層１３は、活性発光層１２と同じ断面幅を有する。
第１の反射層１１及び第２の反射層１３は、異なる屈折率を有する二種類の薄膜が交互に積層されて形成される分布型ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）であることができ、所定の波長を反射共振させる。本実施形態において、第１の反射層１１及び第２の反射層１３を構成する材料は、ドープされたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体であり、第１の反射層１１と第２の反射層１３はそれぞれ異なる導電型を有する。
活性発光層１２は第１の反射層１１上に形成され、レーザービームＬを生成するためにある。詳細には、活性発光層１２は第１の反射層１１及び第２の反射層１３の間に位置し、電力によって励起されて初期光束を生成する。活性発光層１２によって生成された初期光束は、第１の反射層１１と第２の反射層１３の間で反射共振されてゲインを増幅し、最終的には第２の反射層１３から出射してレーザービームＬを生成する。
活性発光層１２は、複数の量子井戸を形成するための複数の膜層を含む。具体的には、トラップ層とバリア層が交互に積層され、どちらもドープされていない。トラップ層とバリア層の材料は、生成されるレーザービームＬの波長に応じて決定される。例えば、生成されるレーザービームＬが赤色の場合、トラップ層の材料はインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）であることができる。発生させるレーザービームＬが近赤外光である場合、トラップ層及び障壁層は、それぞれヒ化ガリウム層及びヒ化アルミガリウム（ＡｌｘＧａ（１－ｘ）Ａｓ）層である。前記レーザービームＬが青色光である場合、障壁層及びトラップ層は、それぞれ窒化ガリウム（ＧａＮ）層及び窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）層となる。
図１及び図２を参照してください。面発光レーザー装置Ｚ１は、電流制限構造体１４も含む。そして、電流制限構造体１４は活性発光層１２の上方または下方に位置する。電流制限構造体１４には、バウンダリーホール１４Ｈがあり、電流チャネルを定義する。電流制限構造体１４が電流の通過領域を定義できる限り、その位置は本発明において制限されないことは留意されたい。本実施形態において、電流制限構造体１４は第２の反射層１３内に位置し、活性発光層１２に接続されている。図２に示すように、具体的には、本実施形態において、第２の反射層１３の一部はバウンダリーホール１４Ｈ内に填入され、活性発光層１２に接続される。第２の反射層１３はドープされた半導体材料であり、高い導電性を有するため、バウンダリーホール１４Ｈ内に填入された部分は電流の通過を許可する。
図２に示すように、本実施形態において、電流制限構造体１４は、少なくとも１つのＰＮ接合ＳＡを有する。詳細には、電流制限構造体１４は第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２を含むとともに、第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２の間にＰＮ接合ＳＡが形成される。具体的に、第１の導電型ドープ層１４１は第１の反射層１１とは逆の導電型を有し、第２の導電型ドープ層１４２も第２の反射層１３とは逆の導電型を有する。例えば、第１の反射層１１がＮ型の場合、第２の反射層１３と第１の導電型ドープ層１４１はＰ型で、第２の導電型ドープ層１４２はＮ型である。第１の反射層１１がＰ型の場合、第２の反射層１３と第１の導電型ドープ層１４１はＮ型で、第２の導電型ドープ層１４２はＰ型である。
図２に示すように、電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１を第１の反射層１１に向けて配置する。第２の反射層１３と第２の導電型ドープ層１４２が逆の導電型を有しているため、第２の反射層１３と第２の導電型ドープ層１４２は、面発光レーザー装置Ｚ１内で別のＰＮ接合ＳＢを形成する。このように、本実施形態の電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２によって共同で形成されるツェナーダイオード（Ｚｅｎｏｒ ｄｉｏｄｅ）を有する。
なお、電流制限構造体１４を構成する材料は、レーザービームＬが吸収されないような半導体材料を選択することができる。言い換えれば、電流制限構造体１４を構成する半導体材料は、レーザービームＬの透過を許容する。レーザービームＬの波長がλ（単位はナノメートル）であり、電流制限構造体１４を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップがＥｇである場合、エネルギーバンドギャップＥｇとレーザービームＬの波長とは、Ｅｇ＞（１２４０／λ）の関係式が成立する。例えば、レーザービームＬの波長λが８５０ｎｍである場合、電流制限構造体１４のエネルギーバンドギャップＥｇは１．４６ｅＶより大きいべきである。このように、電流制限構造体１４がレーザービームＬを吸収することによる面発光レーザー装置Ｚ１の発光効率を低下させることを避けることができる。特定の実施形態において、電流制限構造体１４を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄｇａｐ）は、活性発光層１２（トラップ層）を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
また、本実施形態において、電流制限構造体１４の材料の結晶格子定数と活性発光層１２の材料の結晶格子定数とが互いにマッチしており、界面欠陥を減らすことが可能である。より良い実施形態においては、電流制限構造体１４の材料と活性発光層１２の材料との間の格子不整合度（ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）は０．１％以下である。さらに、本実施形態の電流制限構造体１４は第２の反射層１３内に位置しているため、電流制限構造体１４の材料と第２の反射層１３の材料との間の格子不整合度は０．１％以下である。
既存の酸化層と比べて、この実施形態の電流制限構造体１４は、活性発光層１２および第２の反射層１３との間の格子不整合度が少ないため、面発光レーザー装置Ｚ１の内部応力を減少させ、面発光レーザー装置Ｚ１の信頼性を向上させることができる。この実施形態において、電流制限構造体１４の全体の厚みは１０ｎｍから１０００ｎｍである。電流制限構造体１４、活性発光層１２および第２の反射層１３がすべて半導体材料であるため、熱膨張係数の差異が小さい。これにより、アニール処理後の熱膨張係数の違いによる面発光レーザ素子Ｚ１の割れを防ぐことができ、加工歩留まりが向上する。
図１を参照して、本発明の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の電極層１５及び第２の電極層１６をさらに含む。第１の電極層１５は第１の反射層１１に電気的に接続され、第２の電極層１６は第２の反射層１３に電気的に接続される。図１の実施形態において、第１の電極層１５と第２の電極層１６はベース１０の異なる側にそれぞれ位置しているが、他の実施形態においては、第１の電極層１５と第２の電極層１６はベース１０の同じ側に位置してもよい。
さらに詳しく述べると、本実施形態において、第１の電極層１５はベース１０の底面１０ｂに設置されている。第２の電極層１６は第２の反射層１３上に位置し、第２の反射層１３に電気的に接続される。第１の電極層１５と第２の電極層１６の間には、主動発光層１２を経由する電流経路が定義されている。第１の電極層１５と第２の電極層１６は、単一の金属層、合金層、または異なる金属材料で構成された積層層であることができる。
図１の実施形態において、第２の電極層１６は、発光領域Ａ１を定義する開口部１６Ｈを有し、この開口部１６Ｈは前記電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈに対応し、活性発光層１２が生成するレーザービームＬが開口部１６Ｈから射出されるようにする。特定の実施形態において、第２の電極層１６は環状部分を有するが、本発明は第２の電極層１６の平面視の形状を制限しない。第２電極層１６の材料は、金、タングステン、ゲルマニウム、パラジウム、チタン、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。
また、本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１は、更に電流伝搬層１７及び保護層１８を含む。電流伝搬層１７は第２の反射層１３上に位置し、第２の電極層１６に電性接続される。特定の実施形態において、電流伝搬層１７の材料は導電材料であり、第２の反射層１３から活性発光層１２へ注入される電流を均等に分布させるように用いられる。さらに、電流伝搬層１７の材料はレーザービームＬが透過可能な材料であり、面発光レーザー装置Ｚ１の発光効率を過度に犠牲にすることから避けることが可能である。例えば、レーザービームＬの波長が８５０ｎｍの場合、電流伝搬層１７の材料は高濃度にドープされた半導体材料であり得る、例えば高濃度にドープされたリン化インジウムであるが、本発明はこれに限らない。
保護層１８は、電流伝搬層１７を、並びに発光領域Ａ１を覆い、面発光レーザー装置Ｚ１内部への水分侵入が発生し、面発光レーザー装置Ｚ１の出光特性または寿命に影響を与えることを避ける。特定の実施形態において、保護層１８には、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、またはそれらの組み合わせなどの耐湿性材料を選択することができ、これは本発明これらの例に制限されない。この実施形態において、第２の電極層１６は保護層１８上に配置され、保護層１８及び電流伝搬層１７を通って第２の反射層１３に接続されるが、本発明はこれに限定されない。また、別の実施形態において、電流伝搬層１７は省略されてもよい。
なお、電流制限構造体１４のツェナーダイオードの少なくとも一部は、電流を遮断するように、第１の電極層１５及び第２の電極層１６によって定義される電流経路に位置する。このように、第１の電極層１５及び第２の電極層１６によって面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスをかけると、電流制限構造体１４のツェナーダイオードには逆方向のバイアスが施されているが、ブレークダウンしていない。このため、ツェナーダイオードは導通しないため、電流は電流制限構造体１４を迂回してバウンダリーホール１４Ｈを通る。これにより、活性発光層１２に注入される電流密度が増加する。
しかし、静電放電が発生する場合、静電電流が正電流であろうと負電流であろうと、電流制限構造体１４のツェナーダイオードは導通される。ツェナーダイオードが導通された際の抵抗は、バウンダリーホール１４Ｈ内の第２の反射層１３の抵抗よりもはるかに低いため、大部分の静電電流は電流制限構造体１４を通ることになり、バウンダリーホール１４Ｈを通ることはない。注目すべきは、電流制限構造体１４の俯瞰面積の占有率は、バウンダリーホール１４Ｈのそれよりも大きい。電流制限構造体１４のツェナーダイオードが導通された際、活性発光層１２を流れる静電電流は分散され、電流密度が低下し、活性発光層１２の損傷を避けることができる。これにより、電流制限構造体１４は面発光レーザー装置Ｚ１に対して静電放電の保護を提供することができる。
つまり、本発明の実施形態における面発光レーザー装置Ｚ１では、電流制限構造体１４にツェナーダイオードを有することで、電流のチャネルを定義するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ１に静電放電の保護を提供し、信頼性を向上させることができる。
図３を参照してください。本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置の部分拡大図が示されている。この実施形態では、電流制限構造体１４はＰＩＮ接合を有し、同様の効果を達成することができる。詳しく言うと、この実施形態の電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１、第２の導電型ドープ層１４２及び真性半導体層１４３を含む。
真性半導体層１４３は、第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２の間に位置する。真性半導体層１４３は、ドープされていない半導体層であり、真性半導体層１４３を構成する半導体材料は、第１の導電型ドープ層１４１（または第２の導電型ドープ層１４２）を構成する半導体材料と同じであることができるが、本発明はこれに限らない。
このように、面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスを施すと、電流制限構造体１４の第２の導電型ドープ層１４２及び第１の導電型ドープ層１４１は、ブレークダウン電圧よりも小さい逆方向のバイアスが印加されるとみなされ、電流制限構造体１４は非導通状態となる。そのため、電流は電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈを通過するのみ許される。
静電放電が発生し、電流制限構造体１４に印加される逆方向のバイアスがブレークダウン電圧を超える場合、電流制限構造体１４は導通状態となり、大部分の静電電流は電流制限構造体１４を通過する。第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２の間に真性半導体層１４３を設置することにより、電流制限構造体１４の面発光レーザー装置Ｚ１への静電放電保護能力をさらに向上させることができる。
［第２の実施形態］
図４を参照されたい。図４は、本発明の第２の実施形態における面発光レーザー装置Ｚ２の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２は、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１と同様の部品に同様の番号が付けられており、同様の部分は省略する。
本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２において、電流制限構造体１４は第２の反射層１３内に配置されるが、活性発光層１２には接続されていない。特筆すべきは、本実施形態では、電流制限構造体１４の位置は活性発光層１２に近く、第２の電極層１６から遠くなるように設定されている。このようにして、バウンダリーホール１４Ｈを通じて活性発光層１２に注入される電流が集中し、面発光レーザー装置Ｚ２の発光効率が向上する。電流制限構造体１４は、図２または図３に示される構造である。この実施形態において、電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１を第１の反射層１１に向けて配置し、第２の反射層１３の下部分に接続する。また、電流制限構造体１４の第２の導電型ドープ層１４２は、第２の反射層１３の上部分に接続され、そして第２の導電型ドープ層１４２と第２の反射層１３との間にはＰＮ接合ＳＢが形成される。
このように、面発光レーザー装置Ｚ１に偏圧を施すと、電流制限構造体１４の第２の導電型ドープ層１４２と第１の導電型ドープ層１４１には、ブレークダウン電圧より小さい逆向き偏圧が施され、これにより電流制限構造体１４は非導通状態となる。そのため、電流は電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈを通過するのみが許される。このように、電流制限構造体１４が電流を制限し、面発光レーザー装置Ｚ２に静電放電の保護を提供する限り、本発明は電流制限構造体１４の第２の反射層１３内の位置に制約しない。
［第３の実施形態］
図５を参照されたい。図５は本発明の第３の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３は、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１と同じ要素に同じ番号が付けられており、同じ部分については繰り返し説明しない。
本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３において、電流制限構造体１４は、活性発光層１２と第２の反射層１３の間に位置しているが、電流制限構造体１４は、第２の反射層１３内には位置していない。詳しく言うと、本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３はさらに電流注入層１９を含み、電流注入層１９は電流制限構造体１４と第２の電極層１６との間に位置している。本実施形態では、電流注入層１９の一部が電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈに填入されている。
また、本実施形態において、電流注入層１９の材料はドープされた半導体材料であり、そして電流注入層１９と第２の導電型ドープ層１４２は逆の導電型を有する。これによって、電流注入層１９と第２の導電型ドープ層１４２の間には別のＰＮ接合（番号なし）が形成される。特定の実施形態において、電流注入層１９の半導体材料は電流制限構造体１４の第１の導電型ドープ層１４１の半導体材料と同一であるが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、電流制限構造体１４は活性発光層１２に接続されず、電流注入層１９内に埋め込まれる。
第２の電極層１６は、電流伝搬層１７を介して電流注入層１９と電気的に接続される。したがって、面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスをかけると、電流制限構造体１４の第２の導電型ドープ層１４２と第１の導電型ドープ層１４１にはブレークダウン電圧よりも小さい逆バイアスがかけられ、電流制限構造体１４は非導通状態となる。このため、電流は電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈを通じてのみ許容される。
また、本実施形態において、第２の反射層１３は第２の電極層１６と共に、電流伝搬層１７上に配置される。さらに、第２の反射層１３は第２の電極層１６が定義する開口部１６Ｈ内に位置する。言い換えれば、本実施形態の第２の電極層１６は第２の反射層１３を囲む形である。注目すべきは、本実施形態において、第２の反射層１３を構成する材料は、半導体材料、絶縁材料、またはその組合せを含むことができる。半導体材料は、本質的な半導体材料であるか、またはドープされた半導体材料であるか、本発明は限定しない。例えば、半導体材料は、例えば、シリコン、インジウムガリウムアルミニウム砒素（ＩｎＧａＡｌＡｓ）、インジウムガリウム砒素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）、インジウムリン化物（ＩｎＰ）、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、アルミニウムガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）等であってよく、レーザービームＬの波長に応じて選択され得る。絶縁材料は、酸化物または窒化物であることができ、例えば酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムなど、本発明は限定しない。
本実施形態において、第２の反射層１３は複数の膜層を含むことができ、及び前記の材料から選択される各膜層の材料で構成される。例として、各膜層は、レーザービームＬの波長に応じて、酸化チタン層と酸化シリコン層、シリコン層と酸化アルミニウム層、又は酸化チタン層と酸化アルミニウム層であることができる。本発明はこれに限定されない。
図６及び図７を参照されたい。図６は本発明の第４の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図であり、図７は図６のＶＩＩ部分の拡大模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ４と第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１と同じ又は類似の部品は同じ番号を持ち、説明は省略される。本実施形態において、電流制限構造体１４は活性発光層１２及び第１の反射層１１の間に位置することができる。詳しくは、電流制限構造体１４は第１の反射層１１内に内蔵され、活性発光層１２と接続される。
図７に示すように、電流制限構造体１４は第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２を含み、及び第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２の間にＰＮ接合ＳＡが形成される。また、第１の導電型ドープ層１４１は第１の電極層１５に向けて配置され、第２の導電型ドープ層１４２は第２の電極層１６に向けて配置される。これに基づき、第１の反射層１１内で、この実施形態の電流制限構造体１４は第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２によって共同で形成されるツェナーダイオード（Ｚｅｎｏｒ ｄｉｏｄｅ）を含む。
本実施形態において、第２の導電型ドープ層１４２は、第１の導電型ドープ層１４１及び活性発光層１２の間に位置する。第１の導電型ドープ層１４１及び第１の反射層１１は、逆の導電型を有するため、第１の導電型ドープ層１４１及び第１の反射層１１の間には、別のＰＮ接合ＳＣが形成される。例えば、第１の反射層１１がＮ型である場合、第１の導電型ドープ層１４１はＰ型となり、第２の導電型ドープ層１４２はＮ型となる。また、第２の導電型ドープ層１４２及び第１の反射層１１は、同じまたは異なる材料で構成されてもよく、本発明はこれに限定されない。
面発光レーザー装置Ｚ４に偏圧を印加すると、電流制限構造体１４のツェナーダイオードには、ブレークダウン電圧よりも小さい逆向きの偏圧が印加され、電流制限構造体１４は非導通状態となる。したがって、電流は電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈを通過するのみ許される。静電放電が発生した場合、静電電流が正の電流であるか負の電流であるかに関わらず、電流制限構造体１４のツェナーダイオードは導通し、大部分の静電電流が電流制限構造体１４を通過することを許容し、これにより面発光レーザー装置Ｚ４に静電保護を提供することができる。
図８を参照すると、これは本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置の部分拡大模式図である。この実施形態において、電流制限構造体１４は、第１の反射層１１内に位置し、ＰＩＮ接合を有し、同じ効果を達成することができる。具体的には、この実施形態の電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１、第２の導電型ドープ層１４２及び真性半導体層１４３を含む。真性半導体層１４３は、第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２の間に位置する。この実施形態の電流制限構造体１４の動作原理は、図３の実施形態の動作原理と同様であり、静電保護も提供することができる。
図９を参照してください、これは本発明の第５の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ５と第３の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３の同じまたは類似の要素は同じ番号を有しており、再度の説明は省略する。本実施形態において、電流制限構造体１４は第１の反射層１１内に埋め込まれているが、活性発光層１２には接続されていない。しかし、電流制限構造体１４の位置は活性発光層１２に比較的近く、ベース１０からは遠くなるように配置されている。電流制限構造体１４は、図７又は図８に示される構造に構成されてもよい。具体的には、第１の導電型ドープ層１４１と第１の反射層１１が反対の導電型を持って、ＰＮ接合が形成されれば、電流制限構造体１４は電流の通過経路を制限するために使用され、面発光レーザー装置Ｚ５に静電保護を提供することができる。
図１０を参照されたい。図１０は、本発明の実施形態の面発光レーザー装置の製造方法のフローチャートである。ステップＳ１０において、第１の反射層を形成する。ステップＳ２０において、第１の反射層に活性発光層を形成する。ステップＳ３０において、活性発光層に電流制限構造体を形成する。ここで、電流制限構造体は、バウンダリーホールを定義し、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する。ステップＳ４０において、第２の反射層を形成する。ステップＳ５０において、第１の電極層及び第２の電極層を形成する。
なお、本実施形態が提供する面発光レーザー装置の製造方法は、第１から第５の実施形態における面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５を製造するために使用できるということである。図１１から図１６を参照し、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１を製造する例として説明する。
図１１に示すように、ベース１０に第１の反射層１１を形成する。詳しくは、第１の反射層１１はベース１０のエピタキシャル面１０ａ上に形成される。ベース１０の材料は前述した通りであり、ここでは重複しない。ベース１０は、第１の反射層１１と同じ導電型を有してもよい。
図１２に示すように、第１の反射層１１に活性発光層１２を形成する。第１の反射層１１に複数のトラップ層と複数のバリア層を交互に形成することで、活性発光層１２を形成できる。特定の実施形態において、第１の反射層１１と活性発光層１２は、ベース１０のエピタキシャル面１０ａに化学気相堆積法によって形成できる。
図１３及び図１４を参照されたい。図１３及び図１４は活性発光層に電流制限構造体１４を形成する詳細な流れを示すものである。図２と図１３を参照すると、図２に示される電流制限構造体１４を形成する必要がある場合、第１の導電型ドープ層１４１及び第２の導電型ドープ層１４２を活性発光層１２上に順に形成することができる。図１３に示されるように、第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２は、積層構造体１４Ａを共同で形成することができる。
また、図３に示される電流制限構造体１４を形成する場合、第１の導電型ドープ層１４１を形成した後、まず真性半導体層１４３を形成し、その後に第２の導電型ドープ層１４２を形成することができる。この場合、第１の導電型ドープ層１４１、真性半導体層１４３及び第２の導電型ドープ層１４２は、共同で積層構造体１４Ａを形成することになる。
図１４を参照して、本実施形態において、積層構造体１４Ａにバウンダリーホール１４Ｈを形成し、一部の活性発光層１２を露出させてもよい。さらに、エッチングプロセスを通じて、積層構造体１４Ａにバウンダリーホール１４Ｈを形成することができる。図１５を参照して、電流制限構造体１４及び活性発光層１２に第２の反射層１３が形成される。具体的には、第２の反射層１３を形成する際に、第２の反射層１３の一部がバウンダリーホール１４Ｈ内に充填され、活性発光層１２と接続される。
図１６を参照して、ベース１０の底面１０ｂに第１の電極層１５を形成し、第２の反射層１３上に第２の電極層１６を形成することで、本発明の第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１を製造することができる。本実施形態において、第２の電極層１６を形成する前に、電流伝搬層１７及び保護層１８を先に形成してもよい。
なお、第２の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２を製作する際、活性発光層１２に第２の反射層１３の一部を先に形成し、その後、電流制限構造体１４にバウンダリーホール１４Ｈを有するように形成するようにしてもよい。次に、電流制限構造体１４に第２の反射層１３の別の部分を再成長（ｒｅｇｒｏｗｔｈ）させる。
図１７を参照して、このステップは図１４のステップに続く。本発明の実施形態の製造方法は、さらに、電流制限構造体１４に電流注入層１９を形成するステップを含む。本実施形態において、電流注入層１９を形成するステップは、第２の反射層１３を形成するステップの前に実行される。図１７に示すように、電流注入層１９は、電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈ内に形成され、活性発光層１２と連接される。その後、電流注入層１９に電流伝搬層１７及び第２の反射層１３を形成する。
図１８を参照して、ベース１０の底面１０ｂに第１の電極層１５を形成し、電流伝搬層１７上に第２の電極層１６を形成することで、第２の電極層１６を電流注入層１９と電気的に連接させる。また、第２の電極層１６は、バウンダリーホール１４Ｈに対応する開口部１６Ｈを有し、第２の反射層１３を囲むように配置される。言い換えれば、第２の反射層１３は、第２の電極層１６が定義する開口部１６Ｈ内に位置する。特定の実施形態において、電流伝搬層１７を形成した後、先に第２の反射層１３を形成し、その後、第２の電極層１６を形成することができる。別の実施形態においては、第２の反射層１３と第２の電極層１６の形成ステップを入れ替えることも可能である。以上のステップを実行することで、第３の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３を製作することができる。
説明すべきは、第４の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ４を製造する際に、電流制限構造体１４を成形するステップ（Ｓ３０）は、活性発光層１２を成形するステップ（Ｓ２０）の前に実施することもできる。第５の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ５を製造する際には、まず第１の反射層１１の一部を形成し、次いでバウンダリーホール１４Ｈを有する電流制限構造体１４を形成するようにしてもよい。その後、電流制限構造体１４上に、第１の反射層１１の他の一部を再成長（ｒｅｇｒｏｗｔｈ）させる。
［実施形態の有益な効果］
本発明の１つの有益な効果は、本発明が提供する面発光レーザー装置及びその製造方法において、「電流制限構造体１４がＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する」または「電流制限構造体１４が、ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅ）を有する」という技術方案によって、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５がより良い発光効率及び高い信頼性（ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）を有することができる。
さらに詳しく言うと、電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１と第２の導電型ドープ層１４２を含む。第２の導電型ドープ層１４２は、第２の反射層１３とは逆の導電型を持ち、電流制限構造体１４は、第１の導電型ドープ層１４１が第１の反射層１１を向いている。面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５にバイアスをかけると、電流制限構造体１４の第２の導電型ドープ層１４２と第１の導電型ドープ層１４１には、ブレークダウン電圧未満の逆バイアスがかけられ、電流制限構造体１４は非導通状態となる。そのため、電流は電流制限構造体１４のバウンダリーホール１４Ｈを通るのみ許される。
静電放電が生じると、電流制限構造体１４は導通状態となり、大部分の静電電流は電流制限構造体１４を通る。したがって、本発明の実施形態の電流制限構造体１４は、電流経路の制限だけでなく、面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５への静電放電保護も提供することができる。
既存の面発光レーザー装置と比較して、本発明の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５では、電流制限構造体１４自体が静電防護構造として機能し、保護のために別のダイオードを並列に接続する必要がない。これにより、コストを削減し、電子製品の回路レイアウトのスペースを節約することができる。
また、第１の反射層１１、電流制限構造体１４、活性発光層１２及び第２の反射層１３は全て半導体材料で構成されているため、熱膨張係数の差異が小さい。これにより、面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５がアニール処理後に熱膨張係数の差異によって破裂するのを防ぐことができ、製造歩留りを高める。本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５においては、酸化層を使用する必要がないため、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の製造過程で側方酸化のステップを省略することもできる。さらに、本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５では側方溝を形成する必要もない。これにより、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の製造流程をさらに簡素化し、製造コストを低減することができる。また、側方酸化を行う際に、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の内部が水蒸気によって侵され、その出光特性に影響を与えることも防ぐことができる。したがって、本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５は更に高い信頼性を持つことができる。
以上に開示される内容は本発明の好ましい実施可能な実施例に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではないので、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
Ｚ１－Ｚ５：面発光レーザー装置
Ｌ：レーザービーム
１０：ベース
１０ａ：エピタキシャル面
１０ｂ：底面
１１：第１の反射層
１２：活性発光層
１３：第２の反射層
１４：電流制限構造体
１４１：第１の導電型ドープ層
１４２：第２の導電型ドープ層
１４３：真性半導体層
１４Ｈ：バウンダリーホール
ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ：ＰＩＮ接合
１５：第１の電極層
１６：第２の電極層
１６Ｈ：開口部
Ａ１：発光領域
１７：電流伝搬層
１８：保護層
１９：電流注入層
１４Ａ：積層構造体
Ｓ１０～Ｓ５０：ステップ

Claims (12)

  1. 第１の反射層、活性発光層、第２の反射層及び電流制限構造体を含む、面発光レーザー装置であって、
    前記第２の反射層及び前記活性発光層は、前記第１の反射層及び前記第２の反射層の間に配置され、レーザービームを生成し、
    前記電流制限構造体、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する
    ことを特徴とする、面発光レーザー装置。
  2. 前記電流制限構造体は前記第２の反射層内に位置しており、前記第２の反射層との間に別のＰＮ接合が形成され、前記電流制限構造体は、第１の導電型ドープ層及び第２の導電型ドープ層を含み、前記第２の導電型ドープ層は、前記第２の反射層とは逆の導電型を有しており、前記電流制限構造体は、前記第１の導電型ドープ層が前記第１の反射層に向かうように配置される、請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  3. 前記電流制限構造体は、第１の導電型ドープ層、第２の導電型ドープ層、及び真性半導体層を含み、前記真性半導体層は、前記第１の導電型ドープ層及び前記第２の導電型ドープ層の間に位置してＰＩＮ接合を形成し、前記第２の導電型ドープ層は、前記第２の反射層とは逆の導電型を有しており、前記電流制限構造体は、前記第１の導電型ドープ層が前記第１の反射層に向かうように配置される、請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  4. 前記電流制限構造体は、前記第２の反射層内に位置し、前記電流制限構造体は、バウンダリーホールを有しており、前記第２の反射層の一部が前記バウンダリーホール内に填入され、前記活性発光層と接続され、前記電流制限構造体を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、前記活性発光層を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップよりも大きく、前記電流制限構造体の総厚さは、少なくとも３０ｎｍである、請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  5. 前記電流制限構造体と前記第２の反射層の間に位置している電流注入層をさらに備え、
    前記電流注入層の一部は、前記電流制限構造体の前記バウンダリーホール内に填入されており、かつ、前記電流注入層と前記電流制限構造体との間に、別のＰＮ接合が形成されている、請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  6. 前記電流制限構造体は、前記第１の反射層内に位置しており、前記電流制限構造体と前記第１の反射層との間に、別のＰＮ接合が形成されている、請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  7. 第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限構造体を備える、面発光レーザー装置であって、
    前記活性発光層は、前記第１の反射層及び前記第２の反射層の間に位置し、前記電流制限構造体、ツェナーダイオードを有する
    ことを特徴とする、面発光レーザー装置。
  8. 前記電流制限構造体は、前記活性発光層及び前記第２の反射層の間、又は前記活性発光層及び前記第１の反射層の間に位置し、前記電流制限構造体は、第１の導電型ドープ層及び第２の導電型ドープ層を有して前記ツェナーダイオードを形成し、前記第２の導電型ドープ層は、前記第２の反射層とは逆の導電型を有し、前記電流制限構造体は、前記第１の導電型ドープ層が前記第１の反射層に向かうように配置される、請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  9. 前記第１の反射層に電気的に接続される第１の電極層と、
    前記第１の電極層の間で、前記活性発光層を通過する電流路徑が定義される第２の電極層と、をさらに含み、
    前記第２の電極層は、前記電流制限構造体のバウンダリーホールに対応する開口部を有しており、この開口部は発光領域を定義するためのものであり、
    前記ツェナーダイオードの少なくとも一部が前記電流路徑上に位置する、請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  10. 第１の反射層を形成するステップと、
    前記第１の反射層に活性発光層を形成するステップと、
    電流制限構造体を形成するステップと、
    第２の反射層を形成する、するステップと、
    を含み、
    前記電流制限構造体は、バウンダリーホールを定義し、ＰＮ接合またはＰＩＮ接合を有する、
    ことを特徴とする、面発光レーザー装置の製造方法。
  11. 前記電流制限構造体を形成するステップにはさらに、第１の導電型ドープ層を形成するステップと、第２の導電型ドープ層を形成するするステップと、積層構造体に前記バウンダリーホールを形成するステップと、を含み、前記第１の導電型ドープ層は前記第１の反射層とは逆の導電型を有し、前記第１の導電型ドープ層と前記第２の導電型ドープ層は前記積層構造体を共同で形成する、請求項１０に記載の面発光レーザー装置の製造方法。
  12. 前記電流制限構造体を形成するステップはさらに、第１の導電型ドープ層を形成するするステップと、前記第１の導電型ドープ層上に真性半導体層を形成するするステップと、前記真性半導体層上に第２の導電型ドープ層を形成して積層構造体を形成するステップと、前記積層構造体内に前記バウンダリーホールを形成するステップとを含み、前記第１の導電型ドープ層は前記第１の反射層とは逆の導電型を有する、請求項１０に記載の面発光レーザー装置の製造方法。
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